有色金屬礦產(chǎn)資源對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。有色金屬礦產(chǎn)資源淺部資源逐漸枯竭，陸續(xù)轉(zhuǎn)入深部開采，使得礦山的經(jīng)濟回報難度愈來愈大，同時長期采用傳統(tǒng)的方式生產(chǎn)，嚴重破壞了地表環(huán)境；同時，碳達峰、碳中和目標對礦業(yè)行業(yè)提出了新的更高要求，技術(shù)要針對有色金屬礦山對礦產(chǎn)資源進行系統(tǒng)式、集約式、原地式的開發(fā)提供借鑒方案，有效兼顧經(jīng)濟和環(huán)保平衡。

一、國內(nèi)外金屬礦地下采選充一體化技術(shù)現(xiàn)狀

地下采選充一體化技術(shù)與傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)最大的區(qū)別是“地下選礦廠”。針對地下選礦廠這一方面，國內(nèi)外新聞和學者都有過報道或研究。

早在二十世紀八九十年代，美國、蘇聯(lián)、秘魯、瑞典、加拿大、英國等國礦山開發(fā)受制于礦山惡劣地表環(huán)境、國防安全，將礦山選礦廠的破碎、磨礦設(shè)施布置于地表以下或山體之內(nèi)。21世紀后，德國、英國螢石礦山在地表以下布置破碎、浮選工藝進行礦石的加工、生產(chǎn)；近幾年，南非的Gekko設(shè)備廠家研究開發(fā)了Python地下采選充一體化系統(tǒng)設(shè)備，用于貴金屬金礦的選礦，Python地下采選充一體化系統(tǒng)設(shè)備體積小可布置在井下采礦巷道內(nèi)，但選礦處理能力較小。近幾年，我國有些學者介紹了國內(nèi)外地下采選充一體化系統(tǒng)的情況，一些設(shè)計院和高等院校針對深部大型貧磁鐵礦開展了地下采選充一體化系統(tǒng)相關(guān)研究、設(shè)計工作。

（一） 傳統(tǒng)采選技術(shù)及存在問題

傳統(tǒng)的地下有色金屬礦采礦、選礦、尾礦、充填系統(tǒng)是將礦石加工設(shè)施、尾礦設(shè)施、充填站設(shè)施及其輔助設(shè)施布置在地表。采礦系統(tǒng)經(jīng)豎井、斜坡道、斜井或平硐由地表到達礦體，經(jīng)鑿巖、爆破、鏟裝、運輸?shù)裙ば蚝?，送至地面選礦系統(tǒng)；選礦系統(tǒng)布置在地表，通過破碎、磨礦、浮選、濃密、壓濾等工序?qū)⒉傻V系統(tǒng)運送的礦石加工成精礦、尾礦，精礦用于外售，尾礦排至尾礦系統(tǒng)，部分尾砂用于地下采空區(qū)的充填；充填系統(tǒng)靠近選礦系統(tǒng)布置在地表，通過水泥砂倉、尾砂砂倉、攪拌站和充填料輸送裝置完成地下采空區(qū)的充填。

采、選、尾、充在空間上是分離的，各生產(chǎn)系統(tǒng)間通過大設(shè)備、長距離管道等完成生產(chǎn)連接，因此傳統(tǒng)地下有色金屬礦的采、選、尾、充系統(tǒng)占地面積大、征地費用高、工藝復雜且流程長、污染大、能耗高。傳統(tǒng)地下有色金屬礦的采、選、尾、充系統(tǒng)在環(huán)保要求高的區(qū)域已慢慢不適宜礦業(yè)開發(fā)。

（二） 深埋鐵礦產(chǎn)資源地下采選一體化技術(shù)及存在問題

深埋鐵礦產(chǎn)資源地下采選一體化技術(shù)依托深部礦產(chǎn)資源開發(fā)，將地下采、選一體化系統(tǒng)布置地表深部，僅通過主提升井連通地表，地下選礦廠無單獨提升井或風井直通地表，難以保證地下選礦廠硐室均具有2個安全出口，安全性較差。地下選礦廠布置依托采礦運輸系統(tǒng)巷道階梯布置，采、選作業(yè)易于交叉，在人員、材料運輸尤其是大件選礦設(shè)備運輸存在困難。地下采、選系統(tǒng)共用通風系統(tǒng)，地下選礦廠通風風量要求大，易造成通風系統(tǒng)管理困難。

（三） Python地下采選一體化技術(shù)及存在問題

Python地下采選一體化技術(shù)是在礦山的地下5m×5m的巷道內(nèi)將礦石粗碎、磨礦、篩分及重選或浮選設(shè)備安置在可移動的鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上并組裝為成套設(shè)備，在地下完成礦石破碎、浮選等選礦作業(yè)，實現(xiàn)礦石短距離運輸和精礦、尾砂的管道運輸。

Python地下采選一體化技術(shù)只集成了選礦破碎、磨礦、重選或浮選設(shè)備，沒有集成占地面積較大的精礦、尾礦濃密過濾設(shè)備，也沒有集成充填站及水處理設(shè)施，不算真正意義上的采選充一體化系統(tǒng)。該技術(shù)設(shè)備需要在地下狹窄的巷道內(nèi)進行設(shè)備安裝和選礦生產(chǎn)，目前設(shè)備最大生產(chǎn)能力為50t/h，規(guī)模生產(chǎn)能力較小。該技術(shù)無充填、水處理設(shè)備，技術(shù)漿液管道運輸能耗較大且無法實現(xiàn)水循環(huán)利用。該技術(shù)布置在地下巷道內(nèi)無單獨的通風系統(tǒng)，造成采礦通風系統(tǒng)困難。

1、混合井；2、斜坡道（地下選礦廠系統(tǒng)）；3、回風井（地下選礦廠系統(tǒng)）；4、地下破碎系統(tǒng)；5、礦石緩沖倉；6、篩分細碎車間；7、磨礦車間；8、原礦濃縮車間；9、藥劑制備車間；10、浮選車間；11、尾礦濃縮車間；12、選別車間；13、精礦濃密車間（一）；14、精礦過濾車間（一）；15、精礦濃密車間（二）；16、精礦過濾車間（二）；17、污水處理系統(tǒng)；18、充填站系統(tǒng)；19、管子道；20、廢石轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（窄軌車場、轉(zhuǎn)運硐室）；21、綜合維修車間—配品耗材庫；22、高位水倉。

二、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)要求

地下采選充一體化系統(tǒng)的實施應實現(xiàn)地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短礦石流的距離，降低開采邊界品位和提高回收率，使運營成本大大降低，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)保的雙贏，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。但地下采選充一體化實施還面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)：對大型、密集地下硐室開挖的技術(shù)要求；對進料和出料變化時技術(shù)要求；地下選礦廠設(shè)計、工藝匹配性、選礦設(shè)備設(shè)計和布局技術(shù)要求等。

三、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)特征

地下采選充一體化技術(shù)主要包括地下采礦提升及廢石轉(zhuǎn)運系統(tǒng)工程、地下破碎系統(tǒng)工程、地下選礦廠系統(tǒng)工程、充填系統(tǒng)工程及輔助生產(chǎn)設(shè)施。地下選礦廠整體空間位置位于礦體上方，圍繞混合井，呈環(huán)形階梯式分布。礦巖通過鏟運機運輸?shù)街髁锞?，轉(zhuǎn)運到混合井底部礦倉，集中提升到地下選礦廠水平的緩沖礦倉，再經(jīng)過帶式輸送機運送到選礦廠硐室；充填系統(tǒng)與選礦廠系統(tǒng)相連，將合適的充填料濃度自流回填到采空區(qū)；精礦經(jīng)過濃密最終通過混合井提升到體表。

采礦提升及廢石轉(zhuǎn)運系統(tǒng)工程依托豎井，布置有豎井井筒及其裝備、廢石轉(zhuǎn)運車場等。采礦提升系統(tǒng)工程地表設(shè)施有井塔、井口房、生產(chǎn)水池、生活水池、地面窄軌車場等設(shè)施，均采用地埋方式，通過斜坡道與地面相連。

地下破碎系統(tǒng)工程布置在豎井底部附近的地下巖層之中，滿足礦石提升和地下選礦廠系統(tǒng)喂礦要求。

地下選礦廠系統(tǒng)工程根據(jù)有色金屬礦選礦工藝、漿液自流、安全、環(huán)保要求，將地下選礦廠系統(tǒng)布置在淺部地層之中，工藝設(shè)備應位于獨立的通風回路中，避免對地下空氣產(chǎn)生影響。碎礦緩存?zhèn)}緊貼豎井井筒，中細碎、磨礦車間布置在靠近緩存礦倉，其余選礦車間集中環(huán)形布置，依次布置中細碎車間、磨礦分級車間、浮選車間、濃縮車間、過濾車間及精礦庫等。

充填站系統(tǒng)及藥劑制備車間、生產(chǎn)水池、污水處理設(shè)施、配電房、綜合機修車間等根據(jù)輔助設(shè)施功能劃分，依托地下選礦廠系統(tǒng)在地下淺部地層中進行布置，以便實現(xiàn)自流充填采空區(qū)功能。

地下采礦提升系統(tǒng)、地下選礦廠系統(tǒng)、充填系統(tǒng)工程和輔助生產(chǎn)設(shè)施均通過斜坡道與地面相連，具有獨立的通風系統(tǒng)和第二安全出口。

四、有色金屬礦地下采選充一體化技術(shù)展望

有色金屬礦地下采選充一體化系統(tǒng)將礦產(chǎn)資源進行系統(tǒng)式、集約式、原地式的開發(fā)，可有效兼顧環(huán)保和經(jīng)濟的要求，將選礦廠整合到地下巖層中，可實現(xiàn)地下廢石的最大化和地表廢石的最小化，縮短了礦石流的長距離轉(zhuǎn)運和提升，可大大提高回收率，降低運營成本和對環(huán)境的影響，提高經(jīng)濟效益。本文闡釋了礦石從采場到地下選礦廠運輸、尾砂從地下選礦系統(tǒng)到充填系統(tǒng)以及精礦從地下選礦系統(tǒng)提升到地表的技術(shù)要求和特征，對建設(shè)地下采選充全過程提供參考。

（作者系礦冶科技集團有限公司高級工程師）